1.PROFIBUS–DP作用
用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。總線循環(huán)時間要比主站(PLC)程序循環(huán)時間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外,PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態(tài).診斷和報警處理。 ①傳輸技術:RS-485雙絞線.雙線電纜或光纜。波特率從9.6K bit/s到12M bit/s。 ②總線存取:各主站間令牌傳遞,主站與從站間為主-從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)。總線上多站點(主-從設備)數(shù)為126。 ③通信:點對點(用戶數(shù)據(jù)傳送)或廣播(控制指令)。循環(huán)主-從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主-主數(shù)據(jù)傳送。 ④運行模式:運行.清除.停止。 ⑤同步:控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式:輸出同步;鎖定模式:輸入同步。 ⑥功能:DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶有數(shù)據(jù)傳送。各DP從站的動態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強大的診斷功能,三級診斷診斷信息。輸入或輸出的同步。通過總線給DP從站賦予地址。通過部線對DP主站(DPM1)進行配置,每DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)大為246字節(jié)。 ⑦可靠性和保護機制:所有信息的傳輸按海明距離HD=4進行。DP從站帶看門狗定時器(Watchdog Timer)。對DP從站的輸入/輸出進行存取保護。DP主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。 ⑧設備類型:第二類DP主站(DPM2)是可進行編程.組態(tài).診斷的設備。第一類DP主站(DPM1)是中央可編程控制器,如PLC.PC等。DP從站是帶二進制值或模擬量輸入輸出的驅動器.閥門等;同時也可以是智能從站,即從站支持可編程,一般智能從站即另外一個PLC主機。
(1)
①速率:在一個有著32個站點的分布系統(tǒng)中,PROFIBUS-DP對所有站點傳送512 bit/s 輸入和512bit/s輸出,在12Mbit/s時只需1毫秒。 ②診斷功能:經(jīng)過擴展的PROFIBUS-DP診斷能對故障進行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分三級: ·本站診斷操作:本站設備的一般操作狀態(tài),如溫度過高.壓力過低。 ·模塊診斷操作:一個站點的某具體I/O模塊故障。 ·通過診斷操作:一個單獨輸入/輸出位的故障。
(2)
PROFIBUS-DP允許構成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上多可連接126個站點。系統(tǒng)配置的描述包括:站數(shù).站地址.輸入/輸出地址.輸入/輸出數(shù)據(jù)格式.診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。每個PROFIBUS-DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設備: ① 一級DP主站(DPM1):一級DP主站是中央控制器,它在預定的周期內與分散的站(如DP從站)交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。 ②二級DP主站(DPM2):二級DP主站是編程器.組態(tài)設備或操作面板,在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時使用,完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。 ③ DP從站:DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設備(I/O設備.驅動器.HMI.閥門等)。 ④單主站系統(tǒng):在總線系統(tǒng)的運行階段,只有一個活動主站。 ⑤ 多主站系統(tǒng):總線上連有多個主站。這些主站與各自從站構成相互獨立的子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)包括一個DPMI.指定的若干從站及可能的DPM2設備。任何一個主站均可讀取DP從站的輸入/輸出映象,但只有一個DP主站允許對DP從站寫入數(shù)據(jù)。
(3)
系統(tǒng)行為 系統(tǒng)行為主要取決于DPM1的操作狀態(tài),這此狀態(tài)由本地或總線的配置設備所控制。主要有以下三種狀態(tài): ·停止:在這種狀態(tài)下,DPM1和DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳輸。 ·清除:在這種狀態(tài)下,DPM1讀取DP從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障狀態(tài)。 ·運行:在這種狀態(tài)下,DPM1處于數(shù)據(jù)傳輸階段,循環(huán)數(shù)據(jù)通信時,DPM1從DP站讀取輸入信息并向從站寫入輸出信息。 ①DPM1設備在一個預先設定的時間間隔內,以有選擇的廣播方式將其本地狀態(tài)周期性地發(fā)送到每一個有關的DP從站。 ② 如果在DPM1的數(shù)據(jù)傳輸階段中發(fā)生錯誤,DPM1將所有有關的DP從站的輸出數(shù)據(jù)立即轉入清除狀態(tài),而DP從站將不在發(fā)送用戶數(shù)據(jù)。在次之后,DPM1轉入清除狀態(tài)。
(4)
DPM1和DP從站間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸 DPM1和相關DP從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動進行。在對總線系統(tǒng)進行組態(tài)時,用戶對DP從站與DPM1的關系作出規(guī)定,確定哪些DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期,哪些被排斥在外。 DMP1和DP從站之間的數(shù)據(jù)傳送分三個階段:參數(shù)設定.組態(tài).數(shù)據(jù)交換。在參數(shù)設定階段,每個從站將自己的實際組態(tài)數(shù)據(jù)與從DPM1接受到的組態(tài)數(shù)據(jù)進行比較。只有當實際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時,DP從站才進入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此,設備類型.數(shù)據(jù)格式.長度以及輸入輸出數(shù)量與實際組態(tài)一致。
(5)
DPM1和系統(tǒng)組態(tài)設備間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸 除主-從功能外,PROFIBUS-DP允許主-主之間的數(shù)據(jù)通信,這些功能使組態(tài)和診斷設備通過總線對系統(tǒng)進行組態(tài)。
(6)
同步和鎖定模式 除DPM1設備自動執(zhí)行的用戶數(shù)據(jù)循環(huán)傳輸外,DP主站設備也可向單獨的DP從站.一組從站或全體從站同時發(fā)送控制命令。這些命令通過有選擇的廣播命令發(fā)送的。使用這一功能將打開DP從站的同步及鎖定模式,用于DP從站的事件控制同步。 主站發(fā)送同步命令后,所選的從站進入同步模式。在這種模式中,所編址的從站輸出數(shù)據(jù)鎖定在當前狀態(tài)下。在這之后的用戶數(shù)據(jù)傳輸周期中,從站存儲接收到輸出的數(shù)據(jù),但它的輸出狀態(tài)保持不變;當接收到下一同步命令時,所存儲的輸出數(shù)據(jù)才發(fā)送到外圍設備上。用戶可通過非同步命令退出同步模式。 鎖定控制命令使得編址的從站進入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數(shù)據(jù)鎖定在當前狀態(tài)下,直到主站發(fā)送下一個鎖定命令時才可以更新。用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式。
(7)
保護機制 對DP主站DPM1使用數(shù)據(jù)控制定時器對從站的數(shù)據(jù)傳輸進行監(jiān)視。每個從站都采用獨立的控制定時器。在規(guī)定的監(jiān)視間隔時間中,如數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯,定時器就會超時。一旦發(fā)生超時,用戶就會得到這個信息。如果錯誤自動反應功能“使能”,DPM1將脫離操作狀態(tài),并將所有關聯(lián)從站的輸出置于故障狀態(tài),并進入清除狀態(tài)。
2.擴展DP功能
DP擴展功能是對DP基本功能的補充,與DP基本功能兼容。 (1)DPM1與DP從站間非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。 (2) 帶DDLM讀和DDLM寫的非循環(huán)讀/寫功能,可讀寫從站任何希望數(shù)據(jù)。 (3) 報警響應,DP基本功能允許DP從站用診斷信息向主站自發(fā)地傳輸事件,而新增的DDLM-ALAM-ACK功能被用來直接響應從DP從站上接收的報警數(shù)據(jù)。 (4)DPM2與從站間的非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。
3.電子設備數(shù)據(jù)文件(GSD)
為了將不同廠家生產(chǎn)的PROFIBUS產(chǎn)品集成在一起,生產(chǎn)廠家以GSD文件(電子設備數(shù)據(jù)庫文件)方式將這些品的功能參數(shù)(如I/O點數(shù).診斷信息.波特率.時間監(jiān)視等)。標準的GSD數(shù)據(jù)將通信擴大到操作員控制級。使用根據(jù)GSD所作的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設備集成在同一總線系統(tǒng)中。 GSD文件可分為三個部分: (1)總規(guī)范:包括了生產(chǎn)廠商和設備名稱.硬件和軟件版本.波特率.監(jiān)視時間間隔.總線插頭指定信號。 (2)與DP有關的規(guī)范:包括適用于主站的各項參數(shù),如允許從站個數(shù).上裝/下裝能力。 (3)與DP從站有關的規(guī)范:包括了與從站有關的規(guī)范,如輸入/輸出通道數(shù).類型.診斷數(shù)據(jù)等。 3 GSD文件格式 GSD文件是ASCII文件.可以用任何一種ASCII編輯囂編輯 如計事本、UltraEdit等,也可使用PROFIBus用戶組織提供的編輯程序GSDEdit。GSD文件是由若干行組成,每行都用一個關鍵字開頭,包括關鍵字及參數(shù)(無符號數(shù)或字符串)兩部分。GSD文件中的關鍵字可以是標準關鍵字(在PROFIBUS標準中定義)或自定義關鍵字。標準關鍵字可以被PROFIBUS的任何組態(tài)工具所識別,而自定義關鍵字只能被特定的組態(tài)工具識別。 一個GSD文件的例子如下。 #Pr0fibus DP ;DP設備的GSD文件均以此關鍵存在 GSD Revision=1 ;GSD文件版本 VendorName="Meglev" ;設備制造商 Model Name="DP Slave" ;產(chǎn)品名稱 Revision="Version 01" ;產(chǎn)品版本 RevisionNumber=01 ;產(chǎn)品版本號(可選) IdemNumber=0x01 ;產(chǎn)品識別號 ProtocoI Ident=0 ;協(xié)議類型(表示DP) StationType=0 ;站類型(0表示從站) FMS Supp=0 ;不支持FMS.純DP從站 Hardware Realease="HW1.0" ;硬件版本 Soltware Realease="SWl.0" ;軟件版本 9.6 supp=1 ;支持9.6kbps波特率 19.2 supp=l ;支持19.2kbps波特率 MaxTsdr 9.6=60 ;9.6kbps時大延遲時間 MaxTsdrl9.2=60 ;19.2kbps時大延遲時間 RepeaterCtrl sig=0 ;不提供RTS信號 24VPins=0 ;不提供24V電壓 Implementation Type="SPC3" ;采用的解決方案 FreezeMode Supp=0 ;不支持鎖定模式 SyncMode Supp=0 ;不支持同步模式 AutoBaud Supp=l ;支持自動波特率檢測 Set SlaveAdd Supp=0 ;不支持改變從站地址 Fail Safe=0 ;故障模式類型 MaxUser PrmDataLen=0 ;大用戶參數(shù)數(shù)據(jù)長度(0-237) Usel prmDataLen=0 ;用戶參數(shù)長度 Min Slave Imervall=22 ;小從站響應循環(huán)間隔 Modular Station=l ;是否為模塊站 MaxModule=l ;從站大模塊數(shù) MaxInput Len=8 ;大輸入數(shù)據(jù)長度 MaxOutput Len=8 ;大輸出數(shù)據(jù)長度 MaxData Len=16 ;大數(shù)據(jù)的長度(輸入輸出之和) MaxDiagData Len=6 ;大診斷數(shù)據(jù)長度(6~244)Slave Family=3 ;從站類型 Module=“Modulel”0x23,0x13;;模塊1,輸入輸出各4字節(jié) EndModule Module="Module2"0x27,0x17;;模塊2.輸入輸出各8字節(jié) EndModule
4.PROFIBUS-DP行規(guī)
PROFIBUS–DP協(xié)議明確規(guī)定了用戶數(shù)據(jù)怎樣在總線各站之間傳遞,但用戶數(shù)據(jù)的含義是在PROFIBUS行規(guī)中具體說明的。另外,行規(guī)還具體規(guī)定了PROFIBUS-DP如何用于應用領域。使用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同設備互換使用,而工廠操作人員毋須關心兩者之間的差異。因為與應用有關的含義在行規(guī)中均作了的規(guī)定說明。下面是PROFIBUS-DP行規(guī),括弧中數(shù)字是文件編號: (1)NC/RC行規(guī)(3.052) (2) 編碼器行規(guī)(3.062) (3)變速傳動行規(guī)(3.071) (4) 操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī)(HMI)
5.PROFIBUS –DP 傳輸距離
Profibus的傳輸速率為96~12kbps大傳輸距離在9.6~187.5kbps時為1000m,500kbps時為400m,1500kbps時為200m,3000~12000kbps時為100m,可用中繼器延長至10km。其傳輸介質可以是雙絞線,也可以是光纜,多可掛接127個站點。 Profibus是作為德國國家標準DIN 19245和歐洲標準prEN 50170的現(xiàn)場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設間的高速傳輸,適合于加工自動化領域的應用。FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范,適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等一般自動化,而PA型則是用于過程自動化的總線類型,它遵從IEC1158-2標準。該項技術是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層,由這兩部分形成了其標準第一部分的子集,DP型隱去了3~7層,而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口,F(xiàn)MS型只隱去第3~6層,采用了應用層,作為標準的第二部分。PA型的標準目前還處于制定過程之中,其傳輸技術遵從IEC1158-2 (1 )標準,可實現(xiàn)總線供電與本質防爆。 Porfibus支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權,可主動發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說,主站之間采用令牌方式傳遞信息,得到令牌的站點可在一個事先規(guī)定的時間內擁有總線控制權,共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的長時間。按Profibus的通信規(guī)范,令牌在主站之間按地址編號順序,沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時,可以按主—從方式,向從站發(fā)送或索取信息,實現(xiàn)點對點通信。主站可采取對所有站點廣播 (不要求應答),或有選擇地向一組站點廣播。 Profibus的傳輸速率為96~12kbps大傳輸距離在12kbps時為1000m,15Mbps時為400m,可用中繼器延長至10km。其傳輸介質可以是雙絞線,也可以是光纜,多可掛接127個站點。